Összefoglalás Elo´´fordulási helyhez kapcsolodó testsúly- és mértebeli különbségek nagyon gyakran fordulnak elo´´. A svédek, de a hollandok is köztudottan magassabbak mint például a pigmeusok vagy az eszkimók, bár ugyanannak a fajnak (Homo sapiens) tagjai. Mivel a testméret az egyik legszembetün o´´bb és legfontosabb tulajdonsága bármelyik élölénynek (a méret bizony számít), a populációk közötti természetes variáció értelmezése (nemcsak a testsúlyban de más tulajdonságokban is), egy jelent o´´s probléma a biologiában. Az el o´´fordulási helyhez kapcsolható méretbeli különbség egy nagyon érdekes és különleges formája, az úgynevezett “geographical cline”, ami nagyjábol azt jelenti hogy “földrajzi folyamatosság”. Az egyedek (és populáció átlagok) közötti mértebeli különbségek nem véletlenszerüen fordulnak elö: csökkeno´´ szélességi fokon (az egyenlít o´´höz közelebb) az átlagos testméret egyre kissebb. Fordítva, hidegebb vidéken többnyire nagyobb állatok fordulnak elo´´ (természetesen egy fajon vagy családon belül hasonlítva). A jegesmedve a legnagyobb medvefaj, de a sajnos már kihalt szibériai tigris is nagyobb volt mint a közismert bengáli rokona. Melegvéru´´ állatokra nézve ez a jelenség már a 19. század végén ismert volt, de ma tudjuk, hogy hidegvér u´´ állatokra, többek között a muslicára is vonatkozik. Ezért lett ennek a diszertációnak a témája a ´´ következo´´ kérdés: miért és hogyan van az, hogy az egyenlít o´´höz közelebb élo, vagyis meleg éghajlathoz szokott muslicák kissebbek mint hidegebb vidékhez szokott rokonaik? Az, hogy egy bizonyos egyednek miér t és hogyan lett egy bizonyos testmérete, az függ a környezeti viszonyoktól és a testsúlyra vonatkozó öröklött hajlamtól. Mivel ez a földrajzi folyamatosság a muslica testméretében (az egyenlít o´´höz közelebb egyre kissebbek) ismételten és egymástól függetlenül el o´´fordul az összes kontinensen, nagyon valószín u´´ hogy ez a jelenség valami evoluciós el o´´nynek tudható be. Elképzelhet o´´, hogy számít a túlélési vagy szaporodási esélyeknél, hogy pont az a testmérete legyen a muslicának ami van egy adott környezetben. A miér t és a hogyan ebben az esetben nagyon közel áll egymáshoz.
152
•
Összefoglalás
Az örökletes hajlam mellett, környezeti behatások (például túl kevés élelem, vagy széls o´´séges h o´´mérsékletek) közvetlenül befolyásolják a muslica fejl o´´dését és kihatnak az egyed testmérettére. Gondoljunk például arra hogy az anyagcsere gazdaságossabban folyik alacsonyabb ho´´mérséklet mellett és esetleg ez okozza a testmérettbeli különbségeket. Ez egy lehetséges fiziológiai mechanizmus és a hogyan-t válaszolja meg. Ugyanakkor a hideghez szokott, átlagosan nagyobb testmérettü muslicáknak lehet örökletes hajlamuk arra hogy gazdaságosabban emésszenek. Ilyenkor ugyanabban a környezetben (akár hideg akár meleg) mégis nagyobbak lesznek mint az egyenlítöi rokonaik. Hogy miért kellene nekik más örökletes hajlamuk legyen, ahoz megint a környezeti behatásoknak van közük. A környezet nemcsak közvetlenül befolyásolja az egyedek viselkedését, fiziológiáját stb. hanem ugyanakkor a ter mészetes szelekció eszköze is. A környezet (élelemhozzáférhet o´´ség, éghajlat) szabja meg azt, hogy melyik muslicának (a kicsinek vagy a nagynak) van nagyobb esélye a túlélésre és a szaporodásra. Ahoz, hogy megértsük miért pont az egyenlít o´´ környékén kissebbek a muslicák, ki kell tudni mutatni azt, hogy pont ebben a környezetben az olyan muslicának kissebb a túlélési vagy szaporodási esélye, amelynek az örökletes hajlama azt diktálná hogy nagyobb legyen. Hiába lenne elvileg nagyobb, ha közben elpusztul, az egyenlít o´´i vidéket mégiscsak olyan muslicák fogják benépesíteni amelyek nem kinlódnak ilyen haszontalan dolgokkal, mint a nagyra növés. Mindez viszont nem jelenti azt, hogy nem jó dolog olyan örökletes hajlammal bírni ami gazdaságos emésztés (anyagcserét) okoz.Az ebbo´´l származó el o´´ny (több felhasználható energia ugyananyi élelemb o´´l) ugyanis nemcsak arra használható fel, hogy nagyobb legyen az ember (vagy a muslica). A termeszétes szelekció ugyanis nem (csak) a testmérettre figyel hanem a túlélési és szaporodási esélyekre. Ezekre az esélyekre a testmérettnek is van hatása, de nem csak annak. A lényeg az, hogy a sok különböz o´´ tulajdonságból összeálló túlélési esély legyen a lehet o´´ legnagyobb, nem a testmérett. Ha pont meleg éghajlati viszonyok mellett többet ér (a túlélés szempontjából) az energiát például versenygésbe fektetni és nem növekedésbe, akkor az egyenlíto´´ környékét kissebb, de esetleg aktívabb, talán agresszívabb muslicák fogjak benépesíteni. A nagyobb, de lomha rokonok maradnak a hidegen. Ebben a diszertacióban a miér t és a hogyan kérdéseket egyszerre probáltam megválaszolni, abból indulva ki, hogy a közvetlen, fiziológiai mechanizmus (a hogyan) egyben a múltban fellépett termeszétes szelekció (a miér t) eredménye. Az egyik megközelítés automatikusan fényt vet a másikra is. Esetleges fiziológiai különbségeket, például felhalmozott zsír- vagy cukortartalékokban amiknek ugy-e könyen lehet közük a testsúlybeli különbségekhez, meg kell próbálni úgy értelmezni, hogy milyen módon lehet
Összefoglalás
•
153
ezeknek kihatasa a túlélési és szaporodási esélyekre. A cukor- és zsírtartalék felhasznalható növekedésen kivül másra is (pl. versenygésre), a kérdés az hogy melyik beosztás adja a legnagyobb túlélési esélyt. Ebben a hét felyezetben, hét kisérletnek az eredményeit közlöm, amik egyre mélyebbre merülve probálják ´´ meg a fiziológiai és molekuláris tulajdonságokból megmagyarázni ezt a jelentos evoluciós elönyökkel rendelkez o´´ testmérettbeli variációt. Az els o´´ felyezetben egy északi (hideghez szokott) és egy déli (meleghez szokott) muslica törzset hasonlítottunk ossze, az eddig egy kisérletben legtöbb ´´ különböz o´´ tulajdonságra nézve. Olyan tulajdonságokat figyeltünk meg amikrol tudott, hogy közvetlenül befolyásolyák a túlélési és szaporodási esélyeket. Ezt, és a többi kisérletet két különböz o´´ h o´´mérsékleten vegeztunk el, hidegen és melegen. Ezáltal az északi és a déli populácio is, egy “ismer o´´s” és egy “idegen” környezetben lett tartva, ami kizárja azt hogy esetleges különbségek egy “idegen” h o´´mérséklet által okozott stressz erdeményei lennének, mivel megvan az összehasonlítási alap. Emellett, az els o´´ kisérletben, alacsony és magas ´´ ´´ “népsuruséget” használtunk, hogy egyben egy olyan környezetet teremtsünk ´´ ´´ (magas néps u ru ség) ami er o´´s versenygést vált ki. Kiderült, hogy csak egy olyan tulajdonság van amiben a hideghez szokott, “örökletesen” nagyobb, muslicák nem mindig jobbak. A többi tulajdonságra nézve, még a melegben és a magas ´´ ´´ népsuruség mellett sem gyengébbek az egyenlít o´´i muslicákhoz képest, pedig a meleg és a sokaság valószínüleg jobban hasonlít a délvidéki körülményekhez, ami ugy-e az északiaknak “idegen”. Az egyetlen tulajdonság amiben a déliek jobbak voltak az a lárvák túlélési esélye. Ez azt jelenti, hogy a hideghez való alkalmazkodással jaró nagyobbá válás jó addig amig a lárváknak nem kell túl er o´´sen versenygeni egymással a tulélésért. Ennek a jelenségnek az oka valószínüleg a felhasználhato energia beosztasában áll. Ezért a második kisérletben olyan muslicákat használtunk amik el o´´ször tíz generáción keresztül a laboratoriumban alacsony és magas h o´´mérsékleten és normális és gyenyge élelem mellett voltak tartva. Tíz generácio elég ahoz hogy csak azoknak a muslicáknak az utódjai maradjanak meg a kisérletben amiknek a örökletes tulajdonságaik lehet o´´ve teszik az adott környezetben való tulélést. Ezt hívják laboratoriumi termeszétes szelekciónak. Természetes mert nem mi szabjuk meg hogy kinek szabad túlélni, azt o´´k harcoljak ki egymás között, de laboratoriumi, mert pontosan tudjuk, hogy milyen ráhatás váltotta ki a szelekciót. Kiderült, hogy ha alacsony h o´´mérséklet mellett kellett nekik megszokni a gyenge élelmet az a nagyobb testmérettet szelektálta ki. Ha viszont magas ho´´ mérséklet mellett kellett nekik megszokni a gyenge élelmet, akkor a jobb túlélési esélyel rendelkez o´´ muslicák maradtak meg. A h o´´mérséklet függvényében a gyenge élelem min o´´seg más tulajdonságra szelektál. Ha nincs elég, a hideghez szokott muslicák mégis inkább a növekedésre szánjak a kevés elelmet ami van. Azok a muslicák amik nem ezt tették, kihaltak. Ugyanakkor
154
•
Összefoglalás
a melegben, a keves élelmet a muslicák inkább a (lárva) tulélésre szánják. Amelyek nem ezt tették, szintén kihaltak. Igy lehet az, hogy alig tíz generáció alatt két különböz o´´ törzs alakul ki; ezek abban az örökletes hajlamban különböznek, hogy melyik tulajdonságba fektetik be legszivesebben a kevéske energiájukat. A harmadik felyezetben, megprobáltunk jobban betekinteni azokba a fiziológiai különbségekbe amiknek esetleg közük lehet az élelem felhasználásában való különbségekhez. Kiderült, hogy az északi törzsek lárvái nemcsak magassabb zsír- és cukortartalommal rendelkeznek, de ugyanakkora cukortartalom mellett nagyobb feln o´´tt muslicává képesek válni. A lárva cukortartalmát tehat fel lehet fogni a növekedésre fordított befeketésként, és ez a növekedés gazdaságosabban történik a hideghez szokott törzsekben (vagyis ezeknek a törzsek örökletes hajlama, hogy gazdságosabban növekedjenek). Ugyanakkor kiderült, hogy az északi törzsek lárvái a déliekhez képest jobban bírják a hideget (a túlelés szempontjából) és a délik meg pont jobban bírják a meleget. Ebb o´´l kifolyólag, a negyedik felyezetben, a növekedés, a lárvák túlélése és a cukortartalom közötti összefüggést tanulmányoztuk, úgy hogy nem teljesen kifejlett lárvákat különitettünk el élelem nélkül. Ilyen körülmények között kell nekik feln o´´tt muslicáva válni azzal az energia (cukor) tartalékkal ami az elkülonitéskkor éppen van. Kiderült, hogy az északi, hideghez szokott lárvák kissebb arányban élték ezt túl, de amelyik túlélte, viszonylag nagy lett. A délieknek nagyobb arányba sikerült felnötté válni, de többnyire kissebbek maradtak. Mindezt ugyananyi cukortartalom mellett tették, ami azt jelenti, hogy az északiak a növekedésbe fektetnek be, a déliek meg a túlélésbe. Az ötödik felyezetb o´´l az derült ki, hogy ezek a “befektetésbeli” különbségek valoszínüleg onnan erednek, hogy a különböz o´´ törzsek cukorfeldolgozó enzimei más hatékonysággal müködnek. A hatodik és hetedik felyezet egy más oldalról közelitette meg a problémát és a sejtek szintjén való gén aktivitásbeli különbségeket tárta fel. Viszonylag kevés gén (egy pár tucat a 13500-ból) aktivitása mutatott különbséget a törzsek között, de ezek a különbségek elegend o´´k voltak ahoz, hogy a törzsek közötti feln o´´tt testsúlykülönbség jelentös százalékát megmagyarázzák. Érdekes módon, azok között a gének között amelyeknek az aktivitása magassabb volt az északi törzsekben, nagy arányba olyan gének voltak amikr o´´l tudott, hogy a sejtek növekedéséhez van közük. Ennek a kisérletnek az eredményeként a kifejlett egyed szintjén kimutatható méretbeli különbséget sikerult a sejtek növekedésének a szintjén megmagyarázni. Ugyanakkor, a növekedésbe vagy a túlélésbe való befektetés jelei is kimutathatók a sejtek szintjén megfigyelhet o´´ génaktivitásbeli különbségekben.
Összefoglalás
•
155
A fentiek alapján az alábbi következtetésre jutottunk: a muslica testsúlyába fellép o´´ természetes variáció nagy valószínüséggel a h o´´mérséklet hatására, a növekedésre és a lárvák túlélésere kiváltott szelekció eredménye. Egy hideg környezet nagy muslicára szelektál, a meleg környezet pedig jó ´´ felnottéválás elötti túlélesre. A jelenség közvetlen okozója az energia beosztásban fellépett változás, ami valószínüleg a cukorfeldolgozó enzimek hatékonyságával függ össze. A sejtszinten fellép o´´ génaktivitásbeli különbségek, amik egybeesnek a testméretbeli különbségekkel, valószínüleg a sejtek növekedéset befolyásolják. Úgy néz ki, hogy a testméretbeli különbség csak a kivülröl könnyen megfigyelhet o´´ megjelenési formája egy mélyebben fekv o´´ különbségnek a hideghez és a meleghez szokott muslica törzsek között. Az éghajlattól függ o´´en fontosabb vagy kevésbé fontos nagynak lenni. Mivel a nagyra növés csak a lárvák túlélési esélye árán lehetséges, az evolució során a törzsek különböz o´´ve váltak az energia beosztása szempontjából. Ennek a folyamatnak a következménye, de nem feltétlenül a célja, az el o´´fordulási helyhez kötötdo´´ testmérettbeli variáció.
